[發明專利]一種超低頻精密主動減振器

有效

• 申請號: 201110248147.9
• 申請日: 2011-08-24
• 公開（公告）號: CN102305264A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 吳文江;李子龍;周振華;徐振高;陳學東
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F16F15/02
• 分類號: F16F15/02;F16F15/023;F16F15/073
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于超精密減振領域，具體涉及一種超低頻精密主動減振器。本發明所涉及的超低頻精密主動減振器具有極低的固有頻率，不僅對高頻振動干擾具有良好的隔振效果，還能有效的隔離超低頻振動，適用于對低頻振動敏感的超精密加工與測量設備。

背景技術

隨著科技的發展，以光刻機、掃描隧道顯微鏡(STM)、掃描探針顯微鏡(SPM)、原子力顯微鏡(AFM)等為代表的超精密加工與測量設備得到了越來越廣泛的應用。由于其超精密性，這一類加工與測量設備對環境微幅振動的要求也愈加嚴格。超低頻精密主動減振平臺能夠有效隔離地基和環境的低頻微幅振動，為設備提供平穩的工作環境。

常見的減振器一般采用螺旋鋼彈簧、空氣彈簧等元件隔離地基的振動。螺旋鋼彈簧無法同時滿足大的承載能力和抑制低頻振動的要求。空氣彈簧雖然具有大的承載力以及抑制低頻振動的能力，但是如果想要實現超低頻隔振就必須采用加大氣室容積等方法，這樣會帶來減振器體積的增大和控制上的困難。因此，一般的空氣彈簧減振器的固有頻率通常在1.5Hz-2Hz左右，無法實現1Hz以下的超低頻隔振。

美國專利文獻US5844664提供了一種主動減振器，其垂向和水平向的低剛度分別通過空氣彈簧和偏擺機構實現。垂向空氣彈簧采用膜式空氣彈簧，由于減振器體積的限制和控制上的要求，無法實現超低頻隔振。

世界組織產權組織出版的專利文獻WO95/20113提供了一種正負剛度并聯的超低頻被動減振器，其垂向正剛度由鋼彈簧提供，垂向負剛度機構是利用壓桿原理形成的一種機構，其預緊力可通過螺釘調節。為了支承變化的負載，采用螺釘調節機構來調節垂向支承彈簧的位置使得垂向負剛度機構始終工作在平衡位置附近。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超低頻精密主動減振器，該減振器結構緊湊，具有極低的固有頻率，不僅對高頻振動干擾具有良好的隔振效果，還能夠有效地隔離地基和環境的超低頻振動，為超精密加工與測量設備提供平穩的工作環境。

本發明提供的一種超低頻精密主動減振器，其特征在于，該減振器包含主動減振單元與被動減振單元，主動減振單元與被動減振單元并聯；主動減振單元包括洛倫茲直線作動器，被動減振單元由負剛度機構與空氣彈簧并聯組成，負剛度機構安裝在空氣彈簧的腔室內部。

本發明減振器所包含的負剛度機構，其負剛度大小可調，用于匹配空氣彈簧的正剛度，從而調整減振器的剛度大小。負剛度的調整通過調整片彈簧的有效彎曲長度來實現；另外，還可以采用兩片或者多片片彈簧并聯疊加來調整負剛度機構的剛度。

本發明提供的超低頻精密主動減振器由負剛度機構、空氣彈簧組成的被動減振部件以及主動作動器洛倫茲直線作動器并聯組成，在隔離高頻振動的同時，還能夠有效隔離垂向超低頻振動，克服了一般減振器無法實現超低頻隔振的缺點，適用于對低頻振動敏感的超精密加工與測量設備。具體而言，本發明具有如下技術特點：

(1)采用正負剛度并聯的方式，使減振器具有極低的固有頻率，不僅對高頻振動干擾具有良好的隔振效果，還能有效隔離超低頻振動；

(2)采用主動作動器與被動減振部件并聯的方式，能夠有效地增大減振器的阻尼，在固有頻率附近實現良好的振動傳遞特性；

(3)主動作動器采用洛倫茲直線作動器，不僅能實現主動減振，而且能作為激振器對減振系統進行激勵，進而對減振系統進行參數辨識；

(4)負剛度機構安裝在空氣彈簧的腔室內部，結構更加緊湊；

(5)可調節彎曲長度的片彈簧來調整片簧的彎曲剛度，在變形量不變的情況下進而能調整負剛度機構的垂向負剛度。

附圖說明

圖1為本發明所提供超低頻精密主動減振器的結構示意圖；

圖2為本發明負剛度機構的結構示意圖；

圖3為本發明所提供減振器正負剛度并聯的原理圖；

圖4為本發明負剛度機構的原理圖；

圖5為本發明負剛度機構的剛度曲線。

具體實施方式

以下結合說明書附圖對本發明具體實施例的結構和工作原理作進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發明所提供的超低頻精密主動減振器包括正負剛度并聯的被動減振單元和主動減振單元，被動減振單元與主動減振單元并聯連接。